本發(fā)明涉及合金制備領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金以及制備方法。

背景技術(shù)：

WC-Co硬質(zhì)合金由于其高密度、高硬度、高韌性、良好的耐磨性，在機(jī)械加工、耐磨材料、石油、礦山、模具及軍工裝甲武器領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是當(dāng)硬質(zhì)合金的晶粒細(xì)化到亞微米甚至是納米級(jí)別時(shí)，將會(huì)大大提高其硬度及韌性性。

然而，目前細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金及其制備方法仍有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)而完成的：

目前細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的制備較為困難且技術(shù)進(jìn)展緩慢，制備的細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的性能也難以達(dá)到預(yù)期的效果。發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究以及大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這主要是由于細(xì)晶粒硬質(zhì)合金在燒結(jié)過(guò)程當(dāng)中，由于晶粒容易長(zhǎng)大，導(dǎo)致內(nèi)部組織不均勻，且使得最終獲得的硬質(zhì)合金中的晶粒大于預(yù)期的晶粒，使其性能達(dá)不到預(yù)期的效果。因此，如能控制燒結(jié)過(guò)程中微納晶粒尺寸的保持，將大幅提高制備的硬質(zhì)合金的性能。

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種制備硬質(zhì)合金的方法。該方法通過(guò)控制原料粉末的粒徑，并在加壓條件下，快速實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過(guò)程，從而可以獲得晶粒尺寸在亞微米級(jí)別的硬質(zhì)合金。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備硬質(zhì)合金的方法。該方法包括：將硬質(zhì)相粉以及溶劑混合并進(jìn)行球磨處理，以便形成球磨產(chǎn)物；對(duì)所述球磨產(chǎn)物進(jìn)行干燥處理；對(duì)經(jīng)過(guò)所述干燥處理的所述球磨產(chǎn)物進(jìn)行加壓燒結(jié)處理，以便獲得所述硬質(zhì)合金。該方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，制備的硬質(zhì)合金可以有效緩解由于燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大而導(dǎo)致的內(nèi)部組織不均勻、晶粒尺寸大于預(yù)期尺寸等問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括：將所述硬質(zhì)相粉、粘結(jié)相粉、抑制劑以及所述溶劑混合并進(jìn)行所述球磨處理，所述硬質(zhì)相粉、所述抑制劑以及所述粘結(jié)相粉按照質(zhì)量比為(96-100)：(0-0.1)：(0-4)進(jìn)行所述混合。降低粘結(jié)相粉的比例，可以提高形成的硬質(zhì)合金的硬度，同時(shí)保證一定的韌性。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述硬質(zhì)相粉包括WC粉末、TaC粉末以及TiC粉末的至少之一；所述粘結(jié)相粉包括Co粉末、Ni粉末以及Al粉末的至少之一；所述抑制劑包括VC粉末以及CrC粉末的至少之一。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述溶劑為去離子水或無(wú)水乙醇，所述球磨處理的時(shí)間為50～150小時(shí)。由此，可以進(jìn)一步提高球磨處理的效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述干燥處理是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將所述球磨產(chǎn)物置于噴霧塔中進(jìn)行制粒并干燥，以便所述球磨產(chǎn)物形成球形顆粒，所述球形顆粒的粒徑為0.6～3微米。由此，可以進(jìn)一步降低最終獲得的硬質(zhì)合金中的晶粒尺寸。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述加壓燒結(jié)處理的真空度為3～20Pa，燒結(jié)壓力為20～60MPa。由此，可以提高燒結(jié)處理的效果，縮短燒結(jié)處理所需的時(shí)間，從而緩解燒結(jié)處理過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大而導(dǎo)致的負(fù)面影響，防止低粘結(jié)相原料在燒結(jié)過(guò)程中開裂。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述加壓燒結(jié)處理的燒結(jié)溫度為1300～2100攝氏度，升溫速率為30～150攝氏度/min。由此，可以進(jìn)一步提高燒結(jié)處理的效果，縮短燒結(jié)處理所需的時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述加壓燒結(jié)處理進(jìn)一步包括：對(duì)經(jīng)過(guò)所述干燥處理的所述球磨產(chǎn)物進(jìn)行加熱處理，當(dāng)所述球磨產(chǎn)物的溫度到達(dá)400～800攝氏度時(shí)，暫停所述加熱處理并保溫1～5分鐘，繼續(xù)所述加熱處理至所述球磨產(chǎn)物的溫度到達(dá)所述燒結(jié)溫度，保溫1～10分鐘。由此，可以進(jìn)一步提高燒結(jié)處理的效果，縮短燒結(jié)處理所需的時(shí)間。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種制備硬質(zhì)合金的方法。該方法包括：將WC粉、過(guò)渡金屬碳化物粉以及Co粉按照質(zhì)量比為(96-100)：(0-0.1)：(0-4)進(jìn)行混合，加入去離子水或無(wú)水乙醇為溶劑進(jìn)行球磨處理，以便形成球磨產(chǎn)物，所述球磨處理的時(shí)間為50～150小時(shí)；將所述球磨產(chǎn)物供給至噴霧塔中進(jìn)行制粒和干燥處理，以便獲得球形顆粒，所述球形顆粒的粒徑為0.6～3微米；將所述球形顆粒置于模具中，在真空度為3～20Pa，燒結(jié)壓力為20～60MPa的條件下，以30～150攝氏度/min的升溫速率對(duì)所述球形顆粒進(jìn)行加熱處理，所述球形顆粒的溫度升至400～800攝氏度時(shí)，暫停所述加熱處理并保溫1～5分鐘，然后繼續(xù)所述加熱處理至所述球形顆粒的溫度到1300～2100攝氏度，保溫1～10分鐘，以便獲得所述硬質(zhì)合金。

在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提出了一種硬質(zhì)合金，其特征在于，所述硬質(zhì)合金是利用前面所述的方法制備的。由此，該硬質(zhì)合金具有采用前面描述的方法制備的硬質(zhì)合金所具有的全部特征以及優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備硬質(zhì)合金的方法的流程示意圖；

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1制備的硬質(zhì)合金的掃描電子顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備硬質(zhì)合金的方法。參考圖1，該方法包括：

S100：球磨處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在該步驟中，將硬質(zhì)相粉以及溶劑混合，并進(jìn)行球磨處理，以便形成球磨產(chǎn)物。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在該步驟中，還可以將硬質(zhì)相粉、粘結(jié)相粉以及抑制劑混合，加入溶劑并進(jìn)行球磨處理。需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，硬質(zhì)相粉、粘結(jié)相粉的具體種類不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。例如，硬質(zhì)相粉可以包括WC粉、TiC以及TaC的至少之一，粘結(jié)相粉可以包括Co粉、Ni粉以及Al粉的至少之一。抑制劑可以為過(guò)渡金屬碳化物，例如，可以包括VC粉末以及CrC粉末的至少之一。球磨處理的溶劑可以為去離子水或無(wú)水乙醇，球磨處理的時(shí)間可以為50～150小時(shí)。由此，可以進(jìn)一步提高球磨處理的效果。

發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)適當(dāng)降低粘結(jié)相粉的比例，可以提高形成的硬質(zhì)合金的硬度。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，還可以在進(jìn)行球磨處理的原料中添加抑制劑，從而可以進(jìn)一步緩解制備過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大的問(wèn)題。具體的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，抑制劑可以包括VC或者CrC的粉末。WC粉、過(guò)渡金屬碳化物粉以及Co粉可以按照質(zhì)量比為(96-100)：(0-0.1)：(0-4)進(jìn)行混合。當(dāng)WC粉、過(guò)渡金屬碳化物粉以及Co粉具有上述比例時(shí)，可大幅度提高材料的硬度，同時(shí)保證一定的韌性。

S200：干燥制粒

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在該步驟中，對(duì)球磨產(chǎn)物進(jìn)行干燥制粒。具體的，可以將上述球磨產(chǎn)物置于噴霧塔中進(jìn)行制粒并干燥，以便將球磨產(chǎn)物形成球形顆粒。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，球形顆粒的粒徑可以為0.6～3微米。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)球形顆粒的粒徑過(guò)大，容易導(dǎo)致最終形成的硬質(zhì)合金中晶粒的尺寸較大，硬質(zhì)合金的性能無(wú)法達(dá)到微納尺寸晶粒硬質(zhì)合金的性能；而當(dāng)球形顆粒的粒徑過(guò)小時(shí)，一方面會(huì)大幅延長(zhǎng)干燥制粒工藝的操作精度以及時(shí)間，甚至需要配合更復(fù)雜的球磨工藝，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加，另一方面，過(guò)小的球形顆粒也難以為最終形成的硬質(zhì)合金提供較小的晶粒尺寸，球形顆粒粒徑過(guò)小反而容易導(dǎo)致晶粒在后續(xù)燒結(jié)過(guò)程中尺寸大幅增大。

S300：加壓燒結(jié)

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在該步驟中，對(duì)經(jīng)過(guò)干燥處理的球磨產(chǎn)物(即球形顆粒)進(jìn)行加壓燒結(jié)處理。具體的，可以將球形顆粒置于由石墨或是C/C復(fù)合材料制成的模具中，并對(duì)模具內(nèi)部進(jìn)行加壓處理，加熱燒結(jié)即可獲得根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硬質(zhì)合金。發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)以及深入研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在燒結(jié)過(guò)程中對(duì)球形顆粒進(jìn)行一定的加壓處理，可以有效提高燒結(jié)處理的效果，縮短燒結(jié)時(shí)間。由此，有利于緩解甚至解決燒結(jié)過(guò)程中微納尺寸的晶粒長(zhǎng)大的問(wèn)題。此外，發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，加壓燒結(jié)還有利于緩解粘結(jié)相過(guò)低時(shí)硬質(zhì)合金燒結(jié)開裂的情況。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，加壓燒結(jié)處理的真空度可以為3～20Pa，燒結(jié)壓力可以為20～60MPa。由此，可以提高燒結(jié)處理的效果，縮短燒結(jié)處理所需的時(shí)間，從而緩解燒結(jié)處理過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大而導(dǎo)致的負(fù)面影響，防止低粘結(jié)相原料在燒結(jié)過(guò)程中開裂。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)真空度以及燒結(jié)壓力在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以有效縮短燒結(jié)所需時(shí)間，同時(shí)利用常規(guī)燒結(jié)模具稍作調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)加壓燒結(jié)，而無(wú)需針對(duì)模具進(jìn)行特殊處理，有利于節(jié)省設(shè)備成本。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，加壓燒結(jié)處理的燒結(jié)溫度可以為1300～2100攝氏度，升溫速率為30～150攝氏度/min。由此，可以進(jìn)一步提高燒結(jié)處理的效果，縮短燒結(jié)處理所需的時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以首先以上述升溫速率對(duì)模具中的球形顆粒進(jìn)行加熱處理，當(dāng)球形顆粒的溫度到達(dá)400～800攝氏度時(shí)，暫停加熱并保溫1～5分鐘，隨后繼續(xù)加熱，直至球形顆粒的溫度到達(dá)上述燒結(jié)溫度(1300～2100攝氏度)，最后保溫1～10分鐘，即可獲得根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硬質(zhì)合金。發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，采用較快的升溫速率，并在加熱燒結(jié)過(guò)程中進(jìn)行一次保溫處理，隨后再繼續(xù)升溫，有利于進(jìn)一步抑制晶粒在燒結(jié)處理過(guò)程中長(zhǎng)大，從而可以獲得晶粒更小的硬質(zhì)合金。

綜上所述，該方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，制備的硬質(zhì)合金可以有效緩解由于燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大而導(dǎo)致的內(nèi)部組織不均勻、晶粒尺寸大于預(yù)期尺寸等問(wèn)題。利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制備的硬質(zhì)合金中，晶粒的尺寸可以保持在數(shù)個(gè)微米的級(jí)別，且硬質(zhì)合金可以具有較低的粘結(jié)相含量，同時(shí)能夠保證在燒結(jié)過(guò)程中不發(fā)生開裂。對(duì)利用該方法制備的硬質(zhì)合金性能進(jìn)行測(cè)試，該硬質(zhì)合金的硬度HV1可以達(dá)到2400以上，密度可達(dá)到15.53g/cm³以上。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種制備硬質(zhì)合金的方法。該方法包括：將WC粉、過(guò)渡金屬碳化物粉以及Co粉按照質(zhì)量比為(96-100)：(0-0.1)：(0-4)進(jìn)行混合，加入去離子水或無(wú)水乙醇為溶劑，進(jìn)行球磨處理。球磨處理的時(shí)間可以為50～150小時(shí)，以便形成球磨產(chǎn)物。隨后，將球磨產(chǎn)物供給至噴霧塔中進(jìn)行制粒和干燥處理，獲得球形顆粒，球形顆粒的粒徑為0.6～3微米。將球形顆粒置于模具中，在真空度為3～20Pa，燒結(jié)壓力為20～60MPa的條件下，以30～150攝氏度/min的升溫速率對(duì)球形顆粒進(jìn)行加熱處理，當(dāng)球形顆粒的溫度升至400～800攝氏度時(shí)，暫停加熱并保溫1～5分鐘，然后繼續(xù)加熱，至球形顆粒的溫度到1300～2100攝氏度，保溫1～10分鐘，即可獲得該硬質(zhì)合金。該方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，可以有效緩解由于燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大而導(dǎo)致的內(nèi)部組織不均勻、晶粒尺寸大于預(yù)期尺寸等問(wèn)題。利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制備的硬質(zhì)合金中，晶粒的尺寸可以保持在數(shù)個(gè)微米的級(jí)別，且硬質(zhì)合金可以具有較低的粘結(jié)相含量，同時(shí)能夠保證在燒結(jié)過(guò)程中不發(fā)生開裂。對(duì)利用該方法制備的硬質(zhì)合金性能進(jìn)行測(cè)試，該硬質(zhì)合金的硬度HV1可以達(dá)到2400以上，密度可達(dá)到15.53g/cm³以上。

在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提出了一種硬質(zhì)合金。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該硬質(zhì)合金是利用前面所述的方法制備的。由此，該硬質(zhì)合金具有采用前面描述的方法制備的硬質(zhì)合金所具有的全部特征以及優(yōu)點(diǎn)，在此不再贅述。

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，下面的具體實(shí)施例僅僅是用于說(shuō)明的目的，而不以任何方式限制本發(fā)明的范圍，另外，如無(wú)特殊說(shuō)明，則未具體記載條件或者步驟的方法均為常規(guī)方法，所采用的試劑和材料均可從商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例1

一種本發(fā)明的快速加壓燒結(jié)制備低粘結(jié)相細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的方法，包括以下步驟：

(1)將純WC粉末、VC粉末、純鈷粉末按99.95：0.02：0.03的比例進(jìn)行混合，于球磨機(jī)中加入純水(去離子水)進(jìn)行球磨50小時(shí)，其中WC粉末粒徑為0.4μm。

(2)將步驟(1)所制得球磨態(tài)混合粉末進(jìn)于噴霧塔中進(jìn)行制粒和干燥，得到粒徑為0.6μm的球形顆粒。

(3)將步驟(2)所制得的球形顆粒裝入石墨所制得的模具中，進(jìn)行快速加壓加壓燒結(jié)。燒結(jié)工藝為：真空度10Pa，燒結(jié)壓力為30MPa，燒結(jié)溫度為1450℃，升溫速度為50℃/min，中間600℃保溫3min，到達(dá)燒結(jié)溫度時(shí)保溫6min。

圖2為本實(shí)施例制備的低粘結(jié)相細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的形貌圖。由圖可知，材料結(jié)構(gòu)致密，晶粒尺寸為亞微粒級(jí)。經(jīng)測(cè)試，其密度為15.56g/cm³，孔隙率為A02，硬度為HV1＝2459，斷裂韌性為12.56MPa·m^1/2。

實(shí)施例2

一種本發(fā)明的快速加壓燒結(jié)制備低粘結(jié)相細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的方法，包括以下步驟：

(1)將純WC粉末、CrC粉末、純鈷粉末按99.98：0.02：0的比例進(jìn)行混合，于球磨機(jī)中加入無(wú)水乙醇進(jìn)行球磨130小時(shí)，其中WC粉末的粒徑為0.6μm。

(2)將步驟(1)所制得球磨態(tài)混合粉末進(jìn)于噴霧塔中進(jìn)行制粒和干燥，得到粒徑為1.1μm的球形顆粒。

(3)將步驟(2)所制得的球形顆粒裝入C/C復(fù)合材料所制得的模具中，進(jìn)行快速加壓燒結(jié)。燒結(jié)工藝為：真空度5Pa，燒結(jié)壓力為50MPa，燒結(jié)溫度為1900℃，升溫速度為120℃/min，中間750℃保溫5min，到達(dá)燒結(jié)溫度時(shí)保溫10min。

經(jīng)測(cè)試，其密度為15.53g/cm³，孔隙率為A02，硬度為HV1＝2512，斷裂韌性為13.04MPa·m^1/2。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。